CO2 ảnh hưởng đến độ pH trong nước như thế nào?
Lượng carbon dioxide (CO2) trong dung dịch là một trong nhiều yếu tố quyết định độ pH của nước. Vì mức độ pH dao động trong ngày do quá trình quang hợp, hô hấp và phân hủy; mức độ cực đại của những thay đổi này phụ thuộc vào độ kiềm của nước, chịu ảnh hưởng của mức CO2. Khi mức CO2 tăng trong nước, mức pH giảm xuống, khiến nước trở nên có tính axit hơn.
NỘI DUNG CHÍNH
1. CO2 ảnh hưởng đến độ pH trong nước như thế nào?
Carbon dioxide có ảnh hưởng đến việc điều chỉnh độ pH trong nước. Đo lượng CO2 trong dung dịch là một cách để xác định độ pH. Ví dụ, càng nhiều CO2 trong nước (H2O), độ pH sẽ càng thấp. Khi CO2 hòa tan trong nước, một phần của nó phản ứng với nước để trở thành axit cacbonic (H2CO3). Các ion hydro có trong axit cacbonic làm cho nước có tính axit, làm giảm độ pH.
Chúng ta có thể xem cách axit cacbonic được hình thành theo phương trình sau:
CO2 (aq) + H2O → H2CO3 (aq)
Axit cacbonic cũng có thể phân hủy hoặc “phân ly” thành các ion hydro (H+) và các ion cacbonat (CO3–2) có thể thấy trong phương trình sau:
H2CO3 → 2H+ + CO3–2
Khi điều này xảy ra, hai ion H+ được hình thành cho mỗi ion cacbonat đơn lẻ.
Trong nước, mối quan hệ giữa carbon dioxide và độ pH ảnh hưởng đến mức độ pH. Như đã đề cập, khi carbon dioxide hòa tan trong nước, việc giải phóng các ion hydro trong axit cacbonic là nguyên nhân làm giảm độ pH. Khi nồng độ CO2 tăng lên trên Trái Đất, lượng CO2 hòa tan cũng tăng lên, làm tăng lượng axit cacbonic, do đó làm giảm độ pH.
Một ví dụ về điều này có thể thấy trong độ pH của lượng mưa chịu ảnh hưởng của carbon dioxide. Khi những giọt mưa rơi xuống không khí, các phân tử CO2 tương tác tạo ra axit cacbonic trong những giọt mưa, làm giảm giá trị pH. Mặc dù giá trị pH là 5,65 có tính axit, nhưng nó không được coi là mưa axit. Mưa bình thường và sạch có giá trị pH từ 5,0 đến 5,5, trong khi mưa axit thường có giá trị là 4,0.
Mưa axit ảnh hưởng đến đất, giết chết cây cối và thảm thực vật khác vì nó rửa trôi nhôm khỏi đất và loại bỏ các chất dinh dưỡng và khoáng chất thiết yếu, cũng có thể gây hại cho động vật.
Hoạt động của con người gia tăng cũng có thể khiến mức độ pH dao động do lượng CO2 cực cao được thải vào khí quyển. Điều này làm giảm thêm độ pH trong những giọt mưa, góp phần gây ra mưa axit.
Sự phân tầng trong nước thường xuất phát từ sự chênh lệch nhiệt độ trong cùng một khối nước tạo thành các lớp, được gọi là lớp nhiệt độ hoặc lớp hóa học. Thermocline là các đường phân chia nhiệt độ, và chemocline là các gradient hóa học bị ảnh hưởng bởi oxy, độ mặn hoặc CO2.
Khi CO2 ảnh hưởng đến độ pH của nước, sự phân tầng chemocline có thể tạo ra các mức pH khác nhau trong cùng một khối nước. Sự khác biệt về độ pH xuất phát từ mức CO2 tăng lên do hô hấp và phân hủy vật liệu hữu cơ.
Carbon dioxide cũng ảnh hưởng đến độ pH trong máu người, nơi chứa 90% là nước. Như chúng ta đã biết, khi CO2 kết hợp với nước, nó tạo thành axit cacbonic. Khi CO2 đi vào máu, nó làm giảm độ pH trong máu, khiến máu có tính axit hơn.
2. Tầm quan trọng của pH trong nước
Độ pH là một thông số quan trọng trong độ ổn định của nước, do đó việc kiểm tra thường xuyên bằng bộ dụng cụ đo pH và thay đổi mức pH về mặt hóa học là rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như hồ bơi và spa, bể cá cảnh và ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống.
a. Giảm pH trong nước bằng CO2
Có thể giảm pH bằng cách tăng lượng axit cacbonic trong nước. Có thể thực hiện bằng cách phun CO2 trực tiếp vào nước để giảm pH, tuy nhiên, phương pháp này không làm giảm độ kiềm.
Tuy nhiên, nếu axit được thêm vào nước, điều này sẽ làm giảm cả độ pH và độ kiềm vì axit phải chuyển độ kiềm bicarbonate thành axit cacbonic bằng cách thêm hydro; khi bicarbonate được chuyển thành axit cacbonic, độ kiềm sẽ giảm.
b. Tăng độ pH trong nước bằng CO2
Nếu CO2 giảm trong nước, độ pH sẽ tăng. Phương pháp tốt nhất là thêm các chất phụ gia có độ pH cao như clo không ổn định, chất điều chỉnh độ pH (ví dụ như natri cacbonat hoặc natri bicarbonate) hoặc chất tạo muối clo.
Một cách khác để bạn có thể tăng độ pH trong nước là để nó tăng tự nhiên bằng cách thoát khí. Thoát khí là giải phóng khí hòa tan, trong trường hợp này là CO2.
Các tính năng sục khí như tia nước có thể được thêm vào các hệ thống như hồ bơi để giải phóng CO2 khỏi nước, làm tăng độ pH một cách tự nhiên.
Để hiểu rõ hơn về cách CO2 ảnh hưởng đến độ pH của nước, đặc biệt là sự mất CO2, chúng ta phải xem xét định luật vật lý có tên là Định luật Henry.
3. Định luật Henry
Định luật Henry nêu rằng lượng khí hòa tan trong nước sẽ tỷ lệ thuận với lượng khí tương tự trong không khí xung quanh bên ngoài nước để đạt trạng thái cân bằng. Khi đạt được trạng thái cân bằng, quá trình thoát khí sẽ dừng lại. Theo Định luật Henry, chúng ta biết rằng pH chỉ có thể đạt đến một mức nhất định một cách tự nhiên vì áp suất khí quyển sẽ đẩy CO2 trở lại nước.
Điểm cân bằng biểu thị một giới hạn hoặc mức trần. Ví dụ, khi CO2 thoát ra khỏi nước trong bể bơi, độ pH sẽ tăng lên, được gọi là “mức trần pH”. Độ pH trong nước có thể tăng cao hơn mức trần, nhưng không phải tự nhiên, nghĩa là phải thêm một thứ gì đó vào nước như một chất giàu canxi, để buộc độ pH tăng cao hơn mức trần pH tự nhiên.
Một ví dụ điển hình khác về cách CO2 ảnh hưởng đến độ pH trong nước có thể được quan sát thấy trong quá trình axit hóa đại dương.
4. Quá trình axit hóa đại dương
Carbon dioxide, một loại khí tự nhiên có trong khí quyển, có thể hòa tan trong nước biển, làm thay đổi độ pH. Khi carbon dioxide và nước kết hợp để tạo thành axit cacbonic, axit yếu này phân hủy thành các ion hydro và bicarbonate. Do nồng độ CO2 do con người tạo ra trong khí quyển tăng lên, nhiều CO2 hơn đang được hòa tan trong đại dương. Khi nước biển hấp thụ nhiều CO2 hơn, độ pH giảm và đại dương trở nên có tính axit hơn, gây ra hiện tượng axit hóa đại dương.
Khi nước bão hòa CO2, nó làm cạn kiệt nguồn canxi cacbonat trong nước. Như chúng ta đã biết, khi CO2 được hấp thụ vào nước biển, axit cacbonic làm tăng độ axit. Điều này thường xảy ra ở bề mặt nước, ức chế sự phát triển của rong biển và gây ra các rối loạn sinh sản ở một số loài cá.
Độ pH trong đại dương đã giảm đáng kể khoảng 30% và nếu CO2 liên tục được thải ra với tốc độ hiện tại, ước tính đến năm 2100, độ axit của đại dương sẽ tăng 150%.
Khi đại dương trở nên có tính axit hơn, các sinh vật biển có vỏ như động vật thân mềm sẽ bị ảnh hưởng nặng nề. Khi độ axit hóa đại dương tăng lên, các ion cacbonat tự do liên kết với hydro tự do, tạo ra ít ion cacbonat hơn cho các sinh vật vôi hóa để duy trì vỏ, bộ xương và các cấu trúc khác dựa trên canxi. Khi nước trở nên quá axit, vỏ và bộ xương của chúng bắt đầu hòa tan.
5. Kết luận
Carbon dioxide có ảnh hưởng đến việc điều chỉnh độ pH trong nước; lượng CO2 trong dung dịch là một cách để xác định độ pH. Càng nhiều CO2 trong nước, độ pH càng thấp.
Khi mức độ pH giảm do mức CO2 tăng, nó tạo ra môi trường nước không ổn định, tạo ra mưa axit và thúc đẩy quá trình axit hóa đại dương.
Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về độ pH/CO2 hoặc bộ dụng cụ kiểm tra nước mà chúng tôi cung cấp, vui lòng liên hệ với Filtech Co, chúng tôi luôn sẵn lòng trợ giúp!
